(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面部と該底面部より立ち上がった側面部とを有し、側面部に円弧状の隅角部が形成された繊維強化樹脂製賦形品であって、
底面部には、一方向に配向した繊維が含まれ、
隅角部の円弧の頂点を境界とした際の片側の第１側面部には、第１側面部の立ち上がり方向に対して８５°〜９０°で配向した繊維が含まれ、
もう一方の片側の第２側面部の、第１側面部側の部分には、前記第１側面部内の繊維が、第２側面部の立ち上がり方向に対して９０°〜９５°で配向するように入り込み、且つ、第２側面部の第１側面部側の部分には、第２側面部の立ち上がり方向に対して９０°〜９５°以外の方向で配向する繊維が含まれず、
第２側面部の残部には、第２側面部の立ち上がり方向に対して平行に配向した繊維が含まれていることを特徴とする繊維強化樹脂製賦形品。
【請求項２】
雌型と雄型を用いて、一方向に配向した繊維を含む第１プリプレグと第２プリプレグとを一体化して、底面部と該底面部より立ち上がった側面部とを有し、側面部に円弧状の隅角部が形成された繊維強化樹脂製賦形品を製造する方法であって、
雌型と雄型により挟んで賦形した際に、第１プリプレグおよび第２プリプレグを下記（ａ）〜（ｇ）のように配置することを特徴とする繊維強化樹脂製賦形品の製造方法。
（ａ）第１プリプレグおよび第２プリプレグが互いに重ならず、かつ、隙間が形成されないように並べる。
（ｂ）第１プリプレグおよび第２プリプレグの両方が底面部と側面部を形成する。
（ｃ）第１プリプレグにより、隅角部の円弧の頂点を境界とした際の片側の第１側面部を形成し、第１プリプレグおよび第２プリプレグの両方により、もう一方の片側の第２側面部を形成する。
（ｄ）底面部における第２プリプレグの第１プリプレグ側の端部が、隅角部の、第１側面部における曲がり始め部分に達する。
（ｅ）第２側面部における第１プリプレグの第２プリプレグ側の端部と、底面部および第２側面部の境界との角度が０度を超え９０度以下になる。
（ｆ）底面部における第１プリプレグの繊維方向と第２プリプレグの繊維方向とが、第２プリプレグの底面部と第２側面部との境界に対して垂直になる。
（ｇ）底面部における第１プリプレグおよび第２プリプレグの、互いに突き合う端部が、底面部の繊維方向に対して平行になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば構造材を成形するためのプリフォーム等に使用される繊維強化樹脂製賦形品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
柱や枠等の構造材として、繊維強化樹脂製のプリフォーム（賦形品）を成形して得た成形品を用いることがある。
プリフォームとしては、一方向に繊維が配向した底面部と、該底面部より立ち上がった側面部とを有し、側面部に円弧状の隅角部が形成されたものを用いることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記形状のプリフォームを得る方法としては、例えば、平面状の一枚のプリプレグの、隅角部を形成する部分に切込みを入れておき、立体的に賦形した際に切込みを開いて円弧状の隅角部を形成する方法が考えられる。しかし、この方法で得たプリフォームは、皺等の発生を防止できるものの、成形品の隅角部の強度が低下することがあった。
その対策として、側面部に円弧状の隅角部が形成されるように、複数枚のプリプレグを組み合わせて、プリフォームを製造することがあった。しかし、複数枚のプリプレグを用いても、成形品の強度低下を充分に防止できなかった。
【０００４】
ところで、プリフォームの製造方法としては、複数枚のプリプレグを手作業により折曲し、賦形する方法が知られている。しかし、上記手作業による賦形方法は、生産性が低いという欠点を有していた。
そこで、自動化による連続生産を目的として、雌型と雄型とによりプリプレグを挟んで賦形する方法を適用することが考えられる。ところが、側面部に円弧状の隅角部が形成されるプリフォームを得るために、複数枚のプリプレグを用い、さらに雌型と雄型を用いた賦形方法を適用すると、プリフォーム中の繊維が蛇行してしまうことがあった。プリフォーム中の繊維が蛇行すると、プリフォームから得られる成形品の強度が低下したり、表面平滑性が低下して塗装性が損なわれたりする傾向にあった。
【０００５】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、側面部に円弧状の隅角部が形成されているにもかかわらず、成形品の隅角部の強度低下が防止された繊維強化樹脂製賦形品を提供することを目的とする。
また、側面部に円弧状の隅角部を形成するにもかかわらず、成形品の強度低下および表面平滑性低下が防止された繊維強化樹脂製賦形品を高い生産性で製造できる繊維強化樹脂製賦形品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者が、雌型と雄型を用いて製造され、隅角部が形成された賦形品において、繊維が蛇行する原因を調べた結果、従来のものでは、プリプレグ同士が重なり、その重なり部分が賦形時に雌型と雄型とによって加圧されるために厚さが不均一になり、繊維が蛇行することを見出した。そして、その知見に基づき、さらに検討して、以下の繊維強化樹脂製賦形品およびその製造方法を発明した。
【０００７】
本発明の繊維強化樹脂製賦形品は、底面部と該底面部より立ち上がった側面部とを有し、側面部に円弧状の隅角部が形成された繊維強化樹脂製賦形品であって、
底面部には、一方向に配向した繊維が含まれ、
隅角部の円弧の頂点を境界とした際の片側の第１側面部には、第１側面部の立ち上がり方向に対して８５°〜９０°で配向した繊維が含まれ、
もう一方の片側の第２側面部の、第１側面部側の部分には、前記第１側面部内の繊維が、第２側面部の立ち上がり方向に対して９０°〜９５°で配向するように繊維が入り込み、且つ、第２側面部の第１側面部側の部分には、第２側面部の立ち上がり方向に対して９０°〜９５°以外の方向で配向する繊維が含まれず、
第２側面部の残部には、第２側面部の立ち上がり方向に対して平行に配向した繊維が含まれていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂製賦形品の製造方法は、雌型と雄型を用いて、一方向に配向した繊維を含む第１プリプレグと第２プリプレグとを一体化して、底面部と該底面部より立ち上がった側面部とを有し、側面部に円弧状の隅角部が形成された繊維強化樹脂製賦形品を製造する方法であって、
雌型と雄型により挟んで賦形した際に、第１プリプレグおよび第２プリプレグを下記（ａ）〜（ｇ）のように配置することを特徴とする。
（ａ）第１プリプレグおよび第２プリプレグが互いに重ならず、かつ、隙間が形成されないように並べる。
（ｂ）第１プリプレグおよび第２プリプレグの両方が底面部と側面部を形成する。
（ｃ）第１プリプレグにより、隅角部の円弧の頂点を境界とした際の片側の第１側面部を形成し、第１プリプレグおよび第２プリプレグの両方により、もう一方の片側の第２側面部を形成する。
（ｄ）底面部における第２プリプレグの第１プリプレグ側の端部が、隅角部の、第１側面部における曲がり始め部分に達する。
（ｅ）第２側面部における第１プリプレグの第２プリプレグ側の端部と、底面部および第２側面部の境界との角度が０度を超え９０度以下になる。
（ｆ）底面部における第１プリプレグの繊維方向と第２プリプレグの繊維方向とが、第２プリプレグの底面部と第２側面部との境界に対して垂直になる。
（ｇ）底面部における第１プリプレグおよび第２プリプレグの、互いに突き合う端部が、底面部の繊維方向に対して平行になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の繊維強化樹脂製賦形品は、側面部に円弧状の隅角部が形成されているにもかかわらず、成形品の隅角部の強度低下が防止されている。
本発明の繊維強化樹脂製賦形品の製造方法によれば、側面部に円弧状の隅角部を形成するにもかかわらず、成形品の強度低下および表面平滑性低下が防止された繊維強化樹脂製賦形品を高い生産性で製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（繊維強化樹脂製賦形品）
本発明の繊維強化樹脂製賦形品（以下、賦形品と略す。）の一実施形態例について説明する。図１に、本実施形態例の賦形品を示す。この賦形品１は、底面部１０と底面部１０より立ち上がった側面部２０とを有し、側面部２０に円弧状の隅角部２１が形成されたものである。
【００１１】
この賦形品１における底面部１０には、一方向に配向した繊維１１が含まれている。本実施形態例では、底面部１０における繊維の配向方向は図示Ｘ方向（０度方向）に沿っている。
隅角部２１の円弧の頂点Ａを境界とした際の片側の第１側面部２０ａには、第１側面部２０ａの立ち上がり方向に対して垂直に配向した繊維２２が含まれている。
隅角部２１の円弧の頂点Ａを境界とした際のもう一方の片側の第２側面部２０ｂの、第１側面部２０ａ側の部分には、第１側面部２０ａ内の垂直に配向した繊維２２が入り込んでいる。本実施形態例では、第２側面部２０ｂに入り込んだ繊維２２の長さは、底面部１０に近づくにつれて短くなっている。
第２側面部２０ｂの残部には、第２側面部２０ｂの立ち上がり方向に対して平行に配向した繊維２３が含まれている。本実施形態例では、繊維２３の長さは、隅角部２１の頂点Ａ側にて、隅角部２１の頂点Ａに近づくにつれて短くなっている。
上記賦形品１では、第１の側面部２０ａと第２の側面部２０ｂとの角度が９０°になるように配置されている。
【００１２】
上記のように、賦形品１では、第２側面部２０ｂにおいて、第１側面部２０ａより繊維２２が入り込んで、隅角部２１を形成しているため、隅角部２１の全体にわたって繊維２２を含有させることができる。したがって、側面部２０に円弧状の隅角部２１が形成されているにもかかわらず、成形品の隅角部２１の強度低下が防止されている。
【００１３】
この賦形品１は、主として、繊維強化樹脂製成形品を製造するためのプリフォームとして用いられる。
【００１４】
（賦形品の製造方法）
本発明の繊維強化樹脂製賦形品の製造方法（以下、製造方法と略す。）の一実施形態例について説明する。
本実施形態例の製造方法は、図２に示すように、側面３１ａに円弧状の隅角部３１ｂが形成された台状凸部３１を有する雌型３０と、雄型とを用いて、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを一体化して、賦形品１を製造する方法である。
なお、図２は、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを雌型と雄型とにより挟んだ際の状態であるが、説明のために雄型の記載は省略している。
【００１５】
本実施形態例の製造方法では、雌型３０と雄型とにより挟んで賦形した際に、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、下記（ａ）〜（ｇ）のように配置する。
（ａ）第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂが互いに重ならず、かつ、隙間が形成されないように並べる。
（ｂ）第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂの両方が底面部１０と側面部２０を形成する。
【００１６】
（ｃ）第１プリプレグ４０ａにより、隅角部２１の円弧の頂点Ａを境界とした際の片側の第１側面部２０ａを形成し、第１プリプレグ４０ａと第２プリプレグ４０ｂにより、もう一方の片側の第２側面部２０ｂを形成する。
（ｄ）底面部１０における第２プリプレグ４０ｂの第１プリプレグ４０ａ側の端部４１が、隅角部２１の最も底面部１０側の部分Ｄに沿い、第１側面部２０ａにおける曲がり始め部分Ｃに達する。
（ｅ）第２側面部２０ｂにおける第１プリプレグ４０ａの第２プリプレグ４０ｂ側の端部４２と、底面部１０および第２側面部２０ｂの境界Ｅとの角度αが０度を超え９０度以下になる（図示例では６０度）。角度αが９０度を超えると、第２側面部２０ｂにおいて、第２プリプレグ４０ｂの第１プリプレグ４０ａ側かつ底面部１０より最も遠い側の端部に、底面部１０に達しない繊維長の短い繊維が存在してしまう。そのため、成形品の第２側面部２０ｂの強度が低下する。
また、本実施形態例では、第２側面部２０ｂにおいて、第１プリプレグ４０ａの第２プリプレグ４０ｂの側の端部４２を、隅角部２１の頂点Ａから第２側面部２０ｂの曲がり始め部分Ｂまでの間に配置する。
【００１７】
（ｆ）底面部１０における第１プリプレグ４０ａの繊維方向と第２プリプレグ４０ｂの繊維方向とが、第２プリプレグ４０ｂの底面部１０と第２側面部２０ｂとの境界に対して垂直になる。また、本実施形態例では、底面部１０の繊維の配向方向が、図示Ｘ方向（０度方向）になる。
このように底面部１０の繊維が配向することにより、第１側面部２０ａにおける第１プリプレグ４０ａの繊維方向が第１側面部２０ａの立ち上がり方向に対して垂直になり、第２側面部２０ｂにおける第２プリプレグ４０ｂの繊維方向が第２側面部２０ｂの立ち上がり方向に対して平行になる。
（ｇ）底面部１０における第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂの、互いに突き合う端部４３，４４が、底面部１０の繊維方向に対して平行になる。
【００１８】
賦形時の圧力は０．０１〜０．１ＭＰａであることが好ましい。圧力を０．０１ＭＰａ以上にすれば、所定の形状に容易に賦形でき、０．１ＭＰａ以下にすれば、雌型３０と雄型とを備える賦形装置を単純化できる。
【００１９】
第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂは賦形前または賦形中に、加熱してもよい。加熱する場合の加熱温度は４０〜８０℃であることが好ましい。加熱温度を４０℃以上にすれば、所定の形状に容易に賦形でき、８０℃以下にすれば、賦形品１製造時の硬化性樹脂の硬化を防ぐことができる。
【００２０】
第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂは、一方向に配向した繊維に樹脂が含浸している。
第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂに含まれる繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエステル繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。これらの中でも、賦形品１より得られる成形品の比強度および比弾性に優れることから、炭素繊維が好ましい。
樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、賦形品１より得られる成形品の強度を高くできることから、エポキシ樹脂が好ましい。
また、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂには、硬化剤、離型剤、脱泡剤、紫外線吸収剤、充填材などの各種添加剤などが含まれてもよい。
【００２１】
上述した製造方法では、雌型３０と雄型により挟んだ際に、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、上記（ａ），（ｂ）のように配置するため、雌型３０と雄型とを用いた賦形方法を適用しても厚さが不均一になりにくい。その結果、繊維の蛇行を防止できるため、成形品の強度低下および表面平滑性の低下を防止できる。また、雌型と雄型とを用いた賦形方法を適用できるようになるため、自動化による連続生産が可能になり、賦形品１を高い生産性で製造できる。
【００２２】
ところで、隅角部２１が形成された賦形品１を得るために、２つのプリプレグを隅角部２１の頂点Ａにて突き合わせることは困難である。これは、プリプレグ中に繊維が含まれるため、プリプレグを雌型３０の隅角部３１ｂに沿って曲げることが困難であるためである。
しかし、本実施形態例では、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、雌型３０と雄型により挟んだ際に、上記（ｃ），（ｄ）のように配置するため、第１プリプレグ４０ａの第１側面部２０ａを、隅角部２１の曲がり始め部分Ｃより曲げることが可能になる。したがって、第１プリプレグ４０ａを、雌型３０の隅角部３１ｂに沿って曲げることができ、その結果、隅角部２１が形成された賦形品１を得ることができる。また、得られる賦形品１は、隅角部２１の全体にわたって繊維を含むため、成形品の強度の低下を防止できる。
【００２３】
さらに、本実施形態例では、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、上記（ｅ）のように配置することにより、雌型と雄型により挟んだ際に位置ずれしにくいため、雌型３０と雄型とを用いた賦形を容易に適用できる。また、第２側面部２０ｂにて、底面部１０に達しない繊維長の短い繊維が存在しなくなるため、成形品になったときの第２側面部２０ｂの強度の低下を防止できる。
【００２４】
図３に示すように、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、互いに突き合う端部４３，４４が、底面部１０の繊維方向に対して垂直になるように配置すると、第１プリプレグ４０ａと第２プリプレグ４０ｂとが突き合う部分にて繊維１１が分断した形態になるため、成形品になったときの底面部１０の強度が低くなる。
しかし、本実施形態例では、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、上記（ｆ），（ｇ）のように配置するため、底面部１０にて繊維１１が分断する形態にならない。したがって、成形品になったときの底面部１０の強度低下を防止できる。
【００２５】
よって、雌型３０と雄型とにより挟んで賦形した際に、第１プリプレグ４０ａおよび第２プリプレグ４０ｂを、下記（ａ）〜（ｇ）のように配置する上記製造方法によれば、側面部２０に円弧状の隅角部２１を形成するにもかかわらず、成形品の強度低下および表面平滑性低下が防止された賦形品１を高い生産性で製造できる。
【００２６】
賦形品１における繊維２２は、第２側面部２０ｂの曲がり始め部分Ｂより先まで入り込んでいても構わない。
底面部１０における第２プリプレグ４０ｂの第１プリプレグ４０ａ側の端部４１が、第１側面部２０ａの曲がり始め部分Ｃより先まで達するようにしても構わない。
【００２７】
また、本発明の賦形品は、２層以上の積層体であってもよい。積層体の賦形品としては、底面部１０の繊維方向がＸ方向（０度方向）の賦形品１と、底面部１０の繊維方向がＸ方向に垂直方向（９０度方向）の賦形品２とを交互に積層したもの（図４参照）などが挙げられる。
【００２８】
また、上述した実施形態例では、第１の側面部２０ａと第２の側面部２０ｂとの角度が９０°になるように配置され、第２側面部２０ｂの、第１側面部２０ａ側の部分に、第１側面部２０ａ内の垂直に配向した繊維２２が入り込んでいたが、本発明の賦形品はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、底面部１０の繊維１２が一方向に配向した賦形品３であって、第１の側面部２０ａと第２の側面部２０ｂとの角度が９０°より大きく、図６に示すような繊維の配置のものであってもよい。すなわち、第１側面部２０ａに、第１側面部２０ａの立ち上がり方向に対して８５°〜９０°の角度αで配向した繊維２４が含まれ、第２側面部２０ｂの、第１側面部２０ａ側の部分に、第１側面部２０ａ内の繊維２４が入り込んでもよい。この際、第２側面部２０ｂでは、繊維２４が、第２側面部２０ｂの立ち上がり方向に対して９０°〜９５°の角度βで配向している。ここで、角度αは、具体的には、第１側面部２０ａの立ち上がり方向（底面部１０側から第１の側面部２０ａの上端側に向かう方向）と、第２の側面部２０ｂ側を末端とした際の繊維２４の方向である。また、角度βは、具体的には、第２側面部２０ｂの立ち上がり方向（底面部１０側から第２の側面部２０ｂの上端側に向かう方向）と、第２側面部２０ｂ側を先端とした際の繊維２４の方向である。
このような形態でも、上記実施形態例の賦形品と同様に、側面部２０に円弧状の隅角部２１を形成するにもかかわらず、成形品の強度低下および表面平滑性低下が防止された賦形品３を高い生産性で製造できる。
なお、繊維２４が第１側面部２０ａの立ち上がり方向に対して８５°未満で配向し、第２側面部２０ｂに入り込む賦形品を形成することは困難である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の賦形品の一実施形態例を示す斜視図である。
【図２】図１の賦形品を製造する際の一工程を示す図である。
【図３】第１プリプレグおよび第２プリプレグの、互いに突き合う端部が、底面部の繊維方向に対して垂直になるように配置した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の賦形品の他の実施形態例を示す斜視図である。
【図５】本発明の賦形品の他の実施形態例を示す上面図である。
【図６】本発明の賦形品の他の実施形態例の要部を拡大した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，２，３  賦形品
１０  底面部
１１，１２  繊維
２０  側面部
２０ａ  第１側面部
２０ｂ  第２側面部
２１  隅角部
２２，２３，２４  繊維
３０  雌型
３１  台状凸部
３１ａ  側面
３１ｂ  隅角部
４０ａ  第１プリプレグ
４０ｂ  第２プリプレグ
４１，４２，４３，４４  端部
【図１】
0005221105.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005221105.tif 000005
【図５】
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【図６】
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